共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 酸素安定同位体比測定を用いた森林生態系における炭素循環の解明
新規・継続の別 継続（平成23年度から）
研究代表者／所属 独立行政法人産業技術総合研究所
研究代表者／職名 研究グループ長
研究代表者／氏名 村山昌平

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

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 渡辺力 北大低温研 教授

研究目的 本研究では、大気中CO2の酸素安定同位体比の変動原因に光合成・呼吸それぞれの変動が深く関わっていることを利用して、酸素安定同位体比の精密観測を基に18Oの収支をモデル化し、タワー観測により測定される正味のCO2交換量を光合成と呼吸および葉呼吸と土壌呼吸に分離評価する手法を確立する。
　　
研究内容・成果 岐阜県高山市の乗鞍山麓にある冷温帯落葉広葉樹林内、産総研高山サイト（36o09’N、137o25’E、標高1，420 m）において、CO2、H2O、熱フラックス、CO2濃度、各種気象要素、土壌環境要素等の連続観測、森林内外の大気試料、深度別の土壌空気及び土壌水、水蒸気、地表面上に設置されたチャンバー内空気試料および降水試料のCO2濃度や酸素安定同位体比（d18O）の分析を継続して行い、これまでに得られたデータの解析を進めた。並行して、群落微気候モデル(MINCER)に、同位体過程を組み込み、大気-森林間のCO2フラックスや群落内大気中のCO2のd18Oの動態を再現できるモデルの改良を進めた。
H25年度までに行ったd18Oの観測データを用いた生態系呼吸を土壌呼吸と葉呼吸に分離評価する解析から、春〜初夏にかけて葉呼吸の割合が減少し、夏〜秋は土壌呼吸が生態系呼吸の大部分を占める季節的変化傾向が各年で見られたが、生態系呼吸に対する土壌呼吸の比が1を超えることがある等、異常な値が計算されることがあったため、葉呼吸のd18O値の推定に関して、大気-気孔間の双方向のCO2交換に伴う同位体分別を考慮し再計算を行った。その結果、夏季においては、推定値に改善が見られた場合があったが、気孔内濃度が低い春季や秋季においては、推定値のばらつきが増大し、従来よりも異常値が得られるようになってしまい、大気-気孔内間のCO2濃度差が小さい場合は、同位体分別の推定法について、さらに検討が必要であることが示唆された。
一方、MINCERのシミュレーションでは、森林内外のCO2濃度の鉛直分布について、昨年度までのモデルの改良により、各層の変動パターンは概ね観測値を再現できるようになった。ただし、依然として晩春〜秋にかけて、夜間に地表付近の濃度が観測値より高くなる傾向が見られたため、土壌呼吸の推定に用いる経験式を季節に依存したものに変更し、改良を進めた。CO2のd18Oの鉛直分布のシミュレーションについては、日内変動のパターンを概ね再現できるようになったが、高度方向のd18Oの差が観測よりも小さく見積もられるケースがみられた。また、モデルのシミュレーションを7年間に延長して行ったところ、各年の大気-森林間の正味のCO2フラックスの季節変化は、概ね観測を再現できたが、積雪期間や展葉・落葉時期が十分に再現できない年には、ずれを生じることがあった。今後、原因を調べて改良を進め、当森林の炭素循環素過程の分離評価の高精度化を図る。
これまでに得られた成果をまとめて、日本気象学会秋季大会で発表を行った。
　　
成果となる論文・学会発表等 村山 昌平、渡辺力ほか、酸素安定同位体観測により推定された飛騨高山サイトにおける夜間の生態系呼吸に対する土壌呼吸の割合の季節的変動、日本気象学会2014年度秋季大会、福岡市、2014/10/21.